第2章 电力传动系统静特性
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电力传动系统静特性
直流电动机启动过程各物理量的变化如下：
n 0 Te TL
dn 0 n E a I a dt dn dn Te Te TL 0 dt dt
启动转矩要大、启动时间要短、启动平稳； 启动电流不能超过电源和电动机的允许电流； 启动设备要简单、操作要方便； 启动过程消耗的能量要少。
第二章 电力传动系统的静特性 主要内容：
复习，直流电动机的结构、工作原理。
直流他励电动机的启动、制动、调速
其它类型的直流电动机介绍
1
直流他励电动机
直流他励电动机有两个独立的绕组：定子侧有励磁绕组，并通以电流， 用来建立磁场；转子侧有电枢绕组，也通以电流，用来产生电磁转矩。
Ia u
电 枢 绕 组
Te - TL = Te +（TLW – TLf） > 0，
Ea>u，电流Ia变负，Te也变负。
b Te Ea Ia + u n TL=-(TLW-TLf)
nb n0 na
a
-(TLW-TLf) -
TL
Te
此时，电流由电动机流向电源，电动机发出电能，回馈到电源中。
22
2、改变电枢电压时的回馈制动
直流他励电动机改变电枢电压时的人为特性为一组平行线。
14
反接制动时，给电动机加反相电压，
同时为了限制电流不超过电动机的 最大允许电流Iamax，串联反接制动 电阻RF 。此时，由于机械惯性，转 速不能突变，仍为原来的大小和方向。 但电流的方向发生了变化。
U Ea U Ea Ia Ra R F Ra RF
图2.5a 电压反接制动原理 u RF Ea n Te
电力传动课件chapt资料重点
Te > TL →
dn 0 dt
→n↑电动机的启动
过程：Te > TL
→
dn 0 dt
→n↑→ Ea Cen
↑→
Ia
U
Ea Ra
↓→
→ Te CmIa ↓ →dn/dt↓→… Te = TL
dn 0 dt
对启动的要求:
• 启动转矩要大，启动快。或 平稳慢速启动。
• 启动电流不能超过电源和电动机的允许电流；
R1
UN Ia1
m
c. 计算启动电流比 R1
Ra
a．选定 Ia1 =（1.5～2）IN , Ia2=（1.1～1.2） IN ,
Ia1
Ia2
b．计算最大启动电阻
R1
UN Ia1
c. 计算启动级数m
lg 1 lg R1 m Ra
lg R1
→m Ra
lg
d．计算各级分段串联电阻
举例2.1
转速反向制动 (3) 回馈制动
一、能耗制动
能耗制动时，保持励磁不变，使常开触头断开，常闭触头闭合
→ 电动机的电枢接到能耗制动电阻Rz上。
→ U＝0，机械惯性，转速仍保持原来的方向旋转 →n 和 E 为正值，
→
Ia
U Ea Ra Rz
Ea Ra Rz
→Ia< 0为负 → Te = CmFIa < 0 可见：
若m不是整数，取邻近较大的整数， 然后用此整数 m 值修正 和Ia2。 d． 求各级分段串联电阻。
§2．2 直流他励电动机的制动
制动——机械制动、电气制动 电气制动——电动机的电磁转矩 Te 与转速方向 n 相反
起反抗运动的作用 制动的目的：
(1)使系统迅速减速停车，即“刹车”。 (2)限制位能负载的下降速度。 制动的方法： (1) 能耗制动 (2) 反接制动 —— 电压反接制动
电力拖动系统第2章课件资料
3.静特性
（1）转速调节器不饱和(CA段)
U U n n n0
* n
U i* U i I d
1. 主要原因 是因为在单闭环系统中不能随心所欲 地控制电流和转矩的动态过程。 在单闭环直流调速系统中，电流截止 负反馈环节是专门用来控制电流的，但 它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，靠 强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并 不能很理想地控制电流的动态波形。
2. 理想的起动过程
Id Idcr Idm n IdL O t O Id Idm n IdL t b) 理想的快速起动过程
3. 限幅电路
R R 11
C1C1 M
VD VD1 Rlim R VD2 VD 2
+ RP1 Uex RP2 -
R0 Uin R 0
0
+
+
0 0
0
0
N
二极管钳位的外限幅电路
限幅电路（续）
VS1 1 VST
R1 1
VS VST 2 2
1 C1
Uin
R R00
0 0
+
+
0 0
R R lim lim
Uex
t
性能比较（续）
• 理想起动过程波形 如图，这时，起动 电流呈方形波，转 速按线性增长。这 是在最大电流（转 矩）受限制时调速 系统所能获得的最 快的起动过程。
Id
Idm n
IdL
O
t
图2-1 b) 理想的快速起动过程
3. 解决思路 为了实现在允许条件下的最快起动， 关键是要获得一段使电流保持为最大值 Idm的恒流过程。 按照反馈控制规律，采用某个物理量 的负反馈就可以保持该量基本不变，那 么，采用电流负反馈应该能够得到近似 的恒流过程。
机电传动系统的静态与动态特性
1.可以分析如何缩短过渡过程的时间， 从而提高生产率；
2.可以研究如何改善机电传动系统的运行 情况，使设备 安全运行
2.2 机电传动系统的运动方程 式
• 2.2.1 单轴机电传动系统的运动方程
T
TL
J
d
dt
TM：电动机产生的电磁转矩 TL：生产机械产生的负载转矩 J： 转动惯量 ω : 角速度
设电动机某一转动方向的转速n为正，则 在运动方程式中作如下约定：电动机电 磁转矩T与转速n方向一致为正；负载转 矩 TL 与转速方向n相反为正。
• 例2-1 如图所示起重机在提升重物，试判 断起重机在启动和制动时电动机转矩和负
载转矩的符号。设重物提升时电动机旋转 的方向n为正方向。
2.3 典型生产机械的负载特性
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义
静态（稳态）和动态（暂态）两种运行状态。 静态是指系统以恒速运转的状态，其动态转矩为
零；动态是指系统的速度处于变化之中的状态，存在 动态转矩。
机电传动系统的静态特性是电动机的电磁 转矩和生产机械速度之间的关系 ；
机电传动系统的动态特性是指系统从一种稳定状 态变化到另一种稳定状态时在过渡过程中的特性。 当机电传动系统处于启动、制动、反转、调速或 负载转矩发生变化等运转状态时，电磁转矩和转 速就要随之变化，即系统处于动态运行。
• （1）机械惯性：转动惯量和飞轮转矩 • （2）电磁惯性：电感 • （3）热惯性：温度
机电传动系统中只需考虑机械惯性，即在过渡过程中只有 转速是不能突变的，而电枢电流和转矩都可以突变。
t
n ns (nst ns )e m
m
GD2 R 375Ke Km2N
• 转速、电枢电流、转矩都是按指数规律变化的。
机电传动
第2章 机电传动系统的静态和动态特性2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义机电传动系统的静态特性是指电动机的电磁转矩与生产机械速度之间的关系。
通过研究静态特性，可以了解当负载转矩一定时，机电传动系统中各电气参数如电源电压、励磁磁通、电枢电阻等对转速的影响。
机电传动系统的动态特性是指系统从一种稳定状态到另一种稳定状态时在过渡过程中的特性。
当机电传动系统处于启动、制动、反转、调速或负载转矩发生变化等运转状态时，电磁转矩和转速也随之发生变化。
研究动态特性，可以分析如何缩短过渡过程的时间，如何改善系统的运行情况。
2.2 机电传动系统的运动方程式机电传动系统是一个由电动机拖动，并通过传动机构带动生产机械运转的动力学整体，只有为其建立动力学方程式，才能深入地分析和研究其运动特性。
为了抓住本质，通常研究最简单的，即只包含一根轴的单轴机电传动系统。
2.2.1 单轴机电传动系统的运动方程最简单的机电传动系统是电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连，工作机构是电动机的负载，这种简单系统称为单轴机电传动系统，电动机与负载为一个轴同一转速。
图2-1所示的为单轴机电传动系统。
电动机产生电磁转矩T ，是拖动性质的转矩，用来克服负载转矩L T ，以带动生产机械运动；L T 是制动性质的转矩。
从动力学的角度分析，T 、L T 、ω三者服从动力学的统一规律，即运动方程式：L d T T J dtω-= （2-1） 式中：T 、L T ——牛·米， N ·m 。
J ——转动惯量，表示系统的机械惯性，Kg.m 2ω——单轴机电传动系统的角速度，/rad s2.2.2 单轴机电传动系统的实用运动方程式2-1中， 260n πω=（rad/s ） 22244G D GD J m g gρ==⋅= GD 2——飞轮惯量或飞轮矩表示系统的机械惯性。
m 为系统转动部分的质量，单位为kg ；G 为系统转动部分的重力，单位为N ；ρ为系统转动部分的转动惯性半径，单位为m ，D 为系统转动部分的转动惯性直径，单位为m ；g 为重力加速度，北京地区取f ＝9.80m/s 2。
机电传动系统的静态与动态特性共54页
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
机电传动系统的静态与动态特性
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢！
பைடு நூலகம்
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
机电传动控制课件__第2章
第2章
机电传动系统的静态与动态特性
本章重点： 1.几种典型生产机械的负载特性 2.加快过渡过程的方法以及机电传动系统稳定 运行的条件
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义 2.2 机电传动系统的运动方程式（揭示运动规律）
2.3 典型生产机械的负载特性（了解掌握典型）
2.4 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算方法
• 由于负载转矩是静态转矩，可以根据功 率守恒原则进行折算。
• 1．旋转运动
TL L TL TL c M c j
• 2．直线运动 电动机拖动生产机械移动 ，提升重物
F v TL 9.55 c n
• 生产机械拖动电动机移动，如下放重物
F v c TL 9.55 n
• A.电动机的机械特性曲线与生产机械的机械特 性曲线有交点；即电动机轴上的拖动转矩和折 算到电动机轴上的负载转矩大小相等，方向相 反，相互平衡。 • B.当转速大于平衡点对应的转速时，有： M T
TL
• 当转速小于平衡点对应的转速时，有 ：T T M L
• 只有满足上述两个条件的平衡点，才是 拖动系统的稳定平衡点，即只有这样的 特性配合，系统在受到外界干扰后，才 具有恢复到原来平衡状态的能力而进行 稳定的运行。在一般负载情况下，只要 电动机的机械特性是下降的，整个系统 就能够稳定运行。
2.5 机电传动系统的过渡过程
2.6 机电传动系统稳定运行的条件（懂得判断）
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义
机电传动系统有静态（稳态）和动态（暂态）两种运 行状态。 静态是指系统以恒速运转的状态，其动态转矩为 零； 动态是指系统的速度处于变化之中的状态，存在动态 转矩。 机电传动系统的静态特性是电动机的电磁 的条件
机电传动系统的静态与动态特性
本章重点： 1.几种典型生产机械的负载特性 2.加快过渡过程的方法以及机电传动系统稳定 运行的条件
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义 2.2 机电传动系统的运动方程式（揭示运动规律）
2.3 典型生产机械的负载特性（了解掌握典型）
2.4 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算方法
• 由于负载转矩是静态转矩，可以根据功 率守恒原则进行折算。
• 1．旋转运动
TL L TL TL c M c j
• 2．直线运动 电动机拖动生产机械移动 ，提升重物
F v TL 9.55 c n
• 生产机械拖动电动机移动，如下放重物
F v c TL 9.55 n
• A.电动机的机械特性曲线与生产机械的机械特 性曲线有交点；即电动机轴上的拖动转矩和折 算到电动机轴上的负载转矩大小相等，方向相 反，相互平衡。 • B.当转速大于平衡点对应的转速时，有： M T
TL
• 当转速小于平衡点对应的转速时，有 ：T T M L
• 只有满足上述两个条件的平衡点，才是 拖动系统的稳定平衡点，即只有这样的 特性配合，系统在受到外界干扰后，才 具有恢复到原来平衡状态的能力而进行 稳定的运行。在一般负载情况下，只要 电动机的机械特性是下降的，整个系统 就能够稳定运行。
2.5 机电传动系统的过渡过程
2.6 机电传动系统稳定运行的条件（懂得判断）
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义
机电传动系统有静态（稳态）和动态（暂态）两种运 行状态。 静态是指系统以恒速运转的状态，其动态转矩为 零； 动态是指系统的速度处于变化之中的状态，存在动态 转矩。 机电传动系统的静态特性是电动机的电磁 的条件
机电传动系统的静态与动态特性54页PPT
Th类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
机电传动系统的静态与动态特性
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
机电传动系统的静态与动态特性
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
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第2章 电力传动系统静特性
教材：《电力传动与自动控制系统》 范正翘 主编 北京航空航天大学出版社
第2章 电力传动系统静特性
（回顾） 他励直流电动机的机械特性 一、机械特性方程
电磁转矩：Te Cm I a 感应电动势：Ea Ce n 电动势平衡：U Ea I a R U Ia R 转速特性：n Ce
机械特性的斜率 小：表示机械特性为硬特性 大：表示机械特性为软特性
机械特性：
U R n T 2 e Ce Ce C m n n0 n
U 其中：n0 Ce R n T Te 2 e Ce C m
机械特性方程式：
n n0
n n0 Te
但生产中常需要加快电动机的停车过程，提高生产 效率。故必须对电动机采取一定的制动措施。 他励直流电动机的制动措施主要有三种： 1、能耗制动：将由机械能转化的电能消耗掉。 2、反接制动：制动时使电机的电枢极性反接。 3、回馈制动：将由机械能转化的电能回馈给电网。
一、能耗制动
K1
U
R
K3
Ia
T
Ea ＋
U Ea 起动时 I a ，又 n 0, 则Ea 0 Ra 直接起动时I a是额定电流的十几倍
为限制起动电流（为什么），常采用降低电枢电 压起动：
1）、对于电源可调的：起动时降低电源电压，随着转速 升高，电源电压也升高。保证电流在允许范围内。 2）、电枢串电阻起动。起动时在电枢中串接电阻，随转 速的升高，分级切除电阻，保证电流在允许范围内。
3）减弱电动机磁通时的人为机械特性 UN Ra T U U N , R Ra时 n 2 Ce CeCm UN Ra n f (I a ) n Ia Ce Ce n n
2
1 N
N 1 2 Ia I SC
2 1 N
T
Tsc2 Tsc1 TscN
能耗制动时的机械特性
Ia
2、若按制动电流不大于 额定电流的两倍，则：
EN UN Ra Rz 2I N 2I N UN Rz Ra 2I N
若电机带位能性负载，则电机在转 速为0后，反方向加速，则电动势、 电枢电流及转矩都反向。
能耗制动时的过渡过程： n f (t ) I f (t ) 由
三、回馈制动（再生制动） 1、位能负载拖动电动机
－ －
IIaa
K K11
－U －U
T T
2
3
IN
C PN （2）计算Ce N 和Cm N：e N =(U N I N ； ) nN
Cm N 9.55Ce N
（3）计算理想空载 点： e 0, n0 U N Ce N ； T （4）计算额定工作点：
TN Cm N I N , n nN
四、电力拖动稳定运行的条件（须补充）
通电
Ea I a Te dn dt (加速变慢) Te TL , dn dt 0, 达到稳定值。
不同负载对启动要求：
1. 启动转矩要大，启动要快；2. 启动 电流小；控制方便；能耗小。
2.1 他励直流电动机的起动 一、他励直流电动机的起动方法 起动时先必须保证先加励磁，后加电枢电压，
h
a1
二、他励直流电动机起动电阻的计算 n 3 g 从b点切换到c点时 2 U Eb U Ec I2 I1 1 d
h
f
Ra
e c
R2
R1
R1 R2
同理，从d点切换到e点，有：I1 R1 故两级起动有：I1 R2 R1 I 2 Ra
I2 R1 Ra
nb nc I1 R2 I2 R1
U Ea U Ea Ia Ra Rz Ra Rz Ra R n n0 T 2 CeCT UN R Ra IN
n
－
K1
若按制动电流不大于额定 电流的两倍，则：
U N E N 2U N U N Ra R 2I N 2I N IN
Eb Ec
b
Tz TQ 2
aT
TQ1
推广到m级起动，有：
Rm Rm1 Rm I1 R1 ... m I2 Rm1 Rm 2 Ra Ra
三、他励直流电动机起动的过渡过程 在起动过程中，
n、T、I、P都是随时间变化的，即都是时间的函数 在电动机中过渡过程中同时存在着一些惯性： 1）机械惯性：飞轮力矩使转速不能突变。 2）电磁惯性：电枢回路及励磁回路中的电感阻 止电流突变。 3）热惯性：电机工作温度不能突变。
不同时的n f ( I a )曲线
不同时的n f (T )曲线
三、机械特性的绘制 两点法：理想空载及额定运行 UN 1）理想空载点 n0 Ce N 其中 U N I N Ra Ce N nN
n f (T ) T 0 n f (T ) T TN
可得：
Ra Rz n T 2 CeCT
GD2 dn T Tz 375 dt
GD2 ( Ra Rz ) dn Tz ( Ra Rz ) n 2 2 375CeCT dt CeCT
Tz ( Ra Rz ) T Tz时，n nz , 则nz CeCT 2
2、电枢串多级电阻起动的过渡过程
I a I z (1 e
t
TtM 1
) I1e
t
TtM 1
3、加速起动过程的途径： 起动过程延迟的原因： 1）系统本身机械惯性大，机电时间常数大 2）起动电流过渡过程呈衰减。 加速起动过程的途径： a）减小机电时间常数 b）改善起动过程中的电流波形
（二）电枢电路电感对起动过程的影响 电枢电路电感使得电流与转速上升延迟、起动产 生振荡。
I a I sc (1 e
电磁时间常数
t
Tta
)
Tta
La Ra
2.2 他励直流电动机的制动
电动机制动运行状态时电动机的转矩与转速方向相 反，电动机吸收机械能并转化为电能。 自由停车：断开电动机电源，拖动系统自己停车。
电枢串电阻分级起动过程：
n f
3
2 1
g
d
b
TL TQ 2
Ia2
起动时，串接所有外 接电阻，机械特性为1， 起动电流大，对应的起动 Ra I e 转矩大于负载转矩，转速 沿机械特性1开始上升， R1 c 在b点处切除部分外接电 R2 阻，机械特性变为2，设 a T 计恰当时，转矩又增大到 TQ1 I a c点，转速再次上升，在d I a1 点再切除剩下的电阻，电 机沿机械特性为3继续升 速，直到g点稳定，起动 完毕。
2、人为机械特性：通过改变电机的参数所获得 的机械特性。有三种： a）电枢串电阻 b）改变电枢电压 c）减弱励磁
1）电枢串电阻时的人为机械特性
U U N , N , R Ra R时 UN Ra R n T 2 Ce N Ce C m N n Ra 电枢串电阻的人为机械 1 Ra R1 特性比固有机械特性软， 2 但理想空载转速不变。 Ra R 2 串接不同电阻时的机械 3 R R
1、必要条件：电动机的 机械特性与负载转矩特性 有交点 2、充分条件：干扰消除 后，拖动系统必须有能力 使转速恢复到原来的稳定 点
n
A B
T
Tz1
Tz 2
在交点所对应的转速之 上保证T<Tz,,在交点所对 应的转速之下保证T>Tz
2.1 他励直流电动机的起动
直流电动机启动过程中各物理量变化：
静止（n=0） 如T e TL , 则 dn dt 0 n
（一）起动的机械过渡过程 1、电枢串固定电阻起动的过渡过程
I a I z Ke
t
TtM
TtM
GD 2 R 375CeCT 2
n nz (1 e
Ia I max
t
TtM
)
电力拖动的机电时间常数
n TtM nz
Iz o
t
o
n f (t )
I a f (t )
t
Ea Ia Ra Rz － Ra Rz n T 2 CeCT
由机械特性 n Ra Rz T CeCT 2 转矩为负。
Ra Rz
可知：n为正时，
n n0
n1
Ra
对制动电阻Rz的讨论：
Ra Rz
1、Rz越小，制动越快。 但制动始时的制动电流大。
I1
二、反接制动 反接制动有两种方法： （一）转速反( Ra R ) U ( Ea ) U Ea
反接制动的的功率传送：
I a ( Ra R ) UI a Ea I a
2
电阻消耗功率＝电网输入功率＋机械功率转化的电磁功率
K2
RZ
电动状态
n
－
R K1
U
Ia
T
＋
K3
电动时，K1、K2闭 合，K3断开，电机转 矩T与转速n方向相同 能耗制动时，K1、K2 断开，再接通K3，电机 的转速方向不变，但转 矩T的方向改变，电机 作为发电机，将机械能 转化为电能，然后在Rz 上消耗掉。电枢电流与 机械特性分别为
K2
RZ
n
Ea
制动状态
1 2
1－固有机械特性 2、3－电枢串电阻人为机械特性
T
特性为交于纵坐标一点 的射线族
2）改变电枢电压时的机械特性 Ra U N , R Ra时 n T 2 Ce N Ce C m N
教材：《电力传动与自动控制系统》 范正翘 主编 北京航空航天大学出版社
第2章 电力传动系统静特性
（回顾） 他励直流电动机的机械特性 一、机械特性方程
电磁转矩：Te Cm I a 感应电动势：Ea Ce n 电动势平衡：U Ea I a R U Ia R 转速特性：n Ce
机械特性的斜率 小：表示机械特性为硬特性 大：表示机械特性为软特性
机械特性：
U R n T 2 e Ce Ce C m n n0 n
U 其中：n0 Ce R n T Te 2 e Ce C m
机械特性方程式：
n n0
n n0 Te
但生产中常需要加快电动机的停车过程，提高生产 效率。故必须对电动机采取一定的制动措施。 他励直流电动机的制动措施主要有三种： 1、能耗制动：将由机械能转化的电能消耗掉。 2、反接制动：制动时使电机的电枢极性反接。 3、回馈制动：将由机械能转化的电能回馈给电网。
一、能耗制动
K1
U
R
K3
Ia
T
Ea ＋
U Ea 起动时 I a ，又 n 0, 则Ea 0 Ra 直接起动时I a是额定电流的十几倍
为限制起动电流（为什么），常采用降低电枢电 压起动：
1）、对于电源可调的：起动时降低电源电压，随着转速 升高，电源电压也升高。保证电流在允许范围内。 2）、电枢串电阻起动。起动时在电枢中串接电阻，随转 速的升高，分级切除电阻，保证电流在允许范围内。
3）减弱电动机磁通时的人为机械特性 UN Ra T U U N , R Ra时 n 2 Ce CeCm UN Ra n f (I a ) n Ia Ce Ce n n
2
1 N
N 1 2 Ia I SC
2 1 N
T
Tsc2 Tsc1 TscN
能耗制动时的机械特性
Ia
2、若按制动电流不大于 额定电流的两倍，则：
EN UN Ra Rz 2I N 2I N UN Rz Ra 2I N
若电机带位能性负载，则电机在转 速为0后，反方向加速，则电动势、 电枢电流及转矩都反向。
能耗制动时的过渡过程： n f (t ) I f (t ) 由
三、回馈制动（再生制动） 1、位能负载拖动电动机
－ －
IIaa
K K11
－U －U
T T
2
3
IN
C PN （2）计算Ce N 和Cm N：e N =(U N I N ； ) nN
Cm N 9.55Ce N
（3）计算理想空载 点： e 0, n0 U N Ce N ； T （4）计算额定工作点：
TN Cm N I N , n nN
四、电力拖动稳定运行的条件（须补充）
通电
Ea I a Te dn dt (加速变慢) Te TL , dn dt 0, 达到稳定值。
不同负载对启动要求：
1. 启动转矩要大，启动要快；2. 启动 电流小；控制方便；能耗小。
2.1 他励直流电动机的起动 一、他励直流电动机的起动方法 起动时先必须保证先加励磁，后加电枢电压，
h
a1
二、他励直流电动机起动电阻的计算 n 3 g 从b点切换到c点时 2 U Eb U Ec I2 I1 1 d
h
f
Ra
e c
R2
R1
R1 R2
同理，从d点切换到e点，有：I1 R1 故两级起动有：I1 R2 R1 I 2 Ra
I2 R1 Ra
nb nc I1 R2 I2 R1
U Ea U Ea Ia Ra Rz Ra Rz Ra R n n0 T 2 CeCT UN R Ra IN
n
－
K1
若按制动电流不大于额定 电流的两倍，则：
U N E N 2U N U N Ra R 2I N 2I N IN
Eb Ec
b
Tz TQ 2
aT
TQ1
推广到m级起动，有：
Rm Rm1 Rm I1 R1 ... m I2 Rm1 Rm 2 Ra Ra
三、他励直流电动机起动的过渡过程 在起动过程中，
n、T、I、P都是随时间变化的，即都是时间的函数 在电动机中过渡过程中同时存在着一些惯性： 1）机械惯性：飞轮力矩使转速不能突变。 2）电磁惯性：电枢回路及励磁回路中的电感阻 止电流突变。 3）热惯性：电机工作温度不能突变。
不同时的n f ( I a )曲线
不同时的n f (T )曲线
三、机械特性的绘制 两点法：理想空载及额定运行 UN 1）理想空载点 n0 Ce N 其中 U N I N Ra Ce N nN
n f (T ) T 0 n f (T ) T TN
可得：
Ra Rz n T 2 CeCT
GD2 dn T Tz 375 dt
GD2 ( Ra Rz ) dn Tz ( Ra Rz ) n 2 2 375CeCT dt CeCT
Tz ( Ra Rz ) T Tz时，n nz , 则nz CeCT 2
2、电枢串多级电阻起动的过渡过程
I a I z (1 e
t
TtM 1
) I1e
t
TtM 1
3、加速起动过程的途径： 起动过程延迟的原因： 1）系统本身机械惯性大，机电时间常数大 2）起动电流过渡过程呈衰减。 加速起动过程的途径： a）减小机电时间常数 b）改善起动过程中的电流波形
（二）电枢电路电感对起动过程的影响 电枢电路电感使得电流与转速上升延迟、起动产 生振荡。
I a I sc (1 e
电磁时间常数
t
Tta
)
Tta
La Ra
2.2 他励直流电动机的制动
电动机制动运行状态时电动机的转矩与转速方向相 反，电动机吸收机械能并转化为电能。 自由停车：断开电动机电源，拖动系统自己停车。
电枢串电阻分级起动过程：
n f
3
2 1
g
d
b
TL TQ 2
Ia2
起动时，串接所有外 接电阻，机械特性为1， 起动电流大，对应的起动 Ra I e 转矩大于负载转矩，转速 沿机械特性1开始上升， R1 c 在b点处切除部分外接电 R2 阻，机械特性变为2，设 a T 计恰当时，转矩又增大到 TQ1 I a c点，转速再次上升，在d I a1 点再切除剩下的电阻，电 机沿机械特性为3继续升 速，直到g点稳定，起动 完毕。
2、人为机械特性：通过改变电机的参数所获得 的机械特性。有三种： a）电枢串电阻 b）改变电枢电压 c）减弱励磁
1）电枢串电阻时的人为机械特性
U U N , N , R Ra R时 UN Ra R n T 2 Ce N Ce C m N n Ra 电枢串电阻的人为机械 1 Ra R1 特性比固有机械特性软， 2 但理想空载转速不变。 Ra R 2 串接不同电阻时的机械 3 R R
1、必要条件：电动机的 机械特性与负载转矩特性 有交点 2、充分条件：干扰消除 后，拖动系统必须有能力 使转速恢复到原来的稳定 点
n
A B
T
Tz1
Tz 2
在交点所对应的转速之 上保证T<Tz,,在交点所对 应的转速之下保证T>Tz
2.1 他励直流电动机的起动
直流电动机启动过程中各物理量变化：
静止（n=0） 如T e TL , 则 dn dt 0 n
（一）起动的机械过渡过程 1、电枢串固定电阻起动的过渡过程
I a I z Ke
t
TtM
TtM
GD 2 R 375CeCT 2
n nz (1 e
Ia I max
t
TtM
)
电力拖动的机电时间常数
n TtM nz
Iz o
t
o
n f (t )
I a f (t )
t
Ea Ia Ra Rz － Ra Rz n T 2 CeCT
由机械特性 n Ra Rz T CeCT 2 转矩为负。
Ra Rz
可知：n为正时，
n n0
n1
Ra
对制动电阻Rz的讨论：
Ra Rz
1、Rz越小，制动越快。 但制动始时的制动电流大。
I1
二、反接制动 反接制动有两种方法： （一）转速反( Ra R ) U ( Ea ) U Ea
反接制动的的功率传送：
I a ( Ra R ) UI a Ea I a
2
电阻消耗功率＝电网输入功率＋机械功率转化的电磁功率
K2
RZ
电动状态
n
－
R K1
U
Ia
T
＋
K3
电动时，K1、K2闭 合，K3断开，电机转 矩T与转速n方向相同 能耗制动时，K1、K2 断开，再接通K3，电机 的转速方向不变，但转 矩T的方向改变，电机 作为发电机，将机械能 转化为电能，然后在Rz 上消耗掉。电枢电流与 机械特性分别为
K2
RZ
n
Ea
制动状态
1 2
1－固有机械特性 2、3－电枢串电阻人为机械特性
T
特性为交于纵坐标一点 的射线族
2）改变电枢电压时的机械特性 Ra U N , R Ra时 n T 2 Ce N Ce C m N